Одновременно с 1-м Украинским фронтом войска Конева проводили Умано-Ботошанскую наступательную операцию
. Переброска командованием группы армий «Юг» танковых соединений от Умани на свое левое крыло облегчало задачу.К началу марта в состав 2-го Украинского фронта входили 4, 5 и 7-я гвардейские, 27, 40, 52, 53-я общевойсковые, 2, 6 и 5-я гвардейская танковые, 5-я воздушная армии, 5-й гвардейский кавалерийский, 7-й и 8-й механизированные корпуса. Всего на фронте имелось 56 стрелковых, 3 кавалерийские дивизии, 6 танковых и 3 механизированных корпуса, 2 танковые бригады, 4 танковых полка и 4 самоходно-артиллерийских полка — 630 000 человек, 8800 орудий и минометов, 670 танков и САУ, 551 самолет. В частях ощущался значительный некомплект в личном составе, вооружении и боевой технике. Например, в трех танковых армиях насчитывалось 464 танка и 116 самоходных установок. Зато в инженерном отношении «армии обеспечивались щедро, как никогда» — до семи саперных рот на 1 км фронта.
Перед фронтом оборонялись войска 8-й армии, часть сил 6-й армии и 1-я пехотная дивизия из армии Хубе — всего 9 пехотных, 4 танковые, 2 моторизованные дивизии, корпусная группа «А», 3 танковых батальона и 6 бригад штурмовых орудий, насчитывавшие 400 000 человек, 3540 орудий и минометов, до 250 танков и штурмовых орудий, 500 самолетов.
Большая часть немецких войск, не оправившихся еще после корсунь-шевченковского поражения, находилась в первом эшелоне, 11-я и 14-я танковые дивизии и 506-й тяжелый танковый батальон были выведены в резерв. По поводу их укомплектованности красноречиво говорит риторический вопрос Манштейна: «Как можно было наносить эффективные Контрудары, если, например, во всем танковом корпусе насчитывалось всего 24 исправных танка?»
Сильно пересеченная местность, большое количество мелких и крупных рек, оврагов и балок благоприятствовали организации обороны.
2-й Украинский фронт должен был прорвать ее на двух участках, нанося главный удар в направлении на Умань силами 27, 52 и 4-й гвардейской общевойсковых (21 дивизия) и 6, 2 и 5-й гвардейских танковых армий. Две армии, примыкавшие к участку главного удара — 40-я и 53-я, — получили задачу создать на этих флангах группировки в составе пяти стрелковых дивизий каждая и, используя прорыв на главном направлении, нанести удары в целях обеспечения главной группировки фронта слева и справа и расширения полосы прорыва. На удалении 150 км от главного направления наносился вспомогательный удар на Новоукраинку смежными флангами 5-й и 7-й гвардейских армий. Общая задача: разгромить уманскую группировку немцев и выйти к Днестру, прижав противника к Карпатам.
7-й и 8-й механизированный корпуса были выведены на укомплектование и в операции участия не принимали.
Имея главной целью разгром 8-й немецкой армии, войска фронта одновременно отрезали пути отхода на юг 1-й танковой армии противника и содействовали 1-му Украинскому фронту в ее разгроме, а вспомогательным ударом оказывали помощь фронту Малиновского, наступавшему против 6-й немецкой армии.
4 марта по всему фронту была проведена разведка боем.
Ударная группировка перешла в наступление 5 марта. Авиация из-за густого тумана не действовала. После артиллерийской подготовки в 7.50 в атаку пошли пехота и танки. В первом эшелоне вместе со стрелковыми соединениями двигались и передовые части 2-й и 5-й гвардейской танковых армий.
Наступление, начавшееся в ненастную погоду и распутицу, было неожиданным для противника, что обеспечило быстрый взлом его обороны.
После прорыва первой позиции на глубине до 1,5 км от переднего Края обороны для наращивания силы удара и развития успеха Конев в первый же день ввел в сражение главные силы 2-й танковой армии (3-й и 16-й танковые корпуса) и 5-й гвардейской танковой армии (18, 20, 29-й танковые корпуса). Затем началось выдвижение и 6-й танковой армии (5-й гвардейский танковый и 5-й механизированный корпуса).
Танковая армия генерала Богданова уже к исходу дня вышла к реке Горный Тикич, продвинувшись на 14–16 км; к ночи на этот рубеж вышла пехота 27-й армии.
За ночь инженерно-саперные части при помощи войск оборудовали переправы. По ним переправились соединения 2-й танковой армии — 331 танк и САУ — и развили наступление на Умань, переместившись в полосу 52-й армии. Советские танки, появившиеся в тылу противника, вынудили его начать отход в полосе армии генерала Коротеева. В целях развития успеха армии Трофименко в ее полосе была введена 6-я танковая армия, имевшая 121 танк и 32 самоходки.
Несколько меньшим был результат в полосе 4-й гвардейской армии, где действовала танковая армия Ротмистрова — 196 боевых машин. Однако и они к 6 марта завершили прорыв тактической обороны, вышли к реке Горный Тикич и на следующий день форсировали ее передовыми частями.
8 марта, когда оперативная оборона была расшатана, перешли в наступление 5-я и 7-я гвардейские армии. Они успешно прорвали оборону и начали развивать наступление через Новоукраиновку на Первомайск.